Оцінка енергоефективності застосування хвильових гідроенергетичних перетворювачів для електропостачання малопотужних споживачів

Abstract

Використання ефективних та екологічно чистих методів виробництва електроенергії є одним із головних питань енергетики. Переваги та недоліки електростанцій, що працюють на енергії морських хвиль, відомі й постійно досліджуються. Існує багато підходів і методів перетворення енергії морських хвиль в електроенергією які мають свої переваги та недоліки, призначені для різних конструкцій перетворювачів і використовують різні підходи. У кваліфікаційній пропонується проста схема перетворювача, що перетворює енергію коливань герметичного буя (перетворювача) в електричну енергію. Метою роботи є електропостачання малопотужних споживачів прибережних районів, віддалених від централізованих мереж електропостачання. Функцію коливань морської поверхні представлено у вигляді синусоїди з вищими гармоніками. Було проведено дослідження перетворювача які включали заміну повітря в експериментальному зразку на вуглекислий газ та зміну висоти коливань, що дозволило оцінити основні електричні параметри, такі як струм, напругу та потужність у різних умовах з метою виявлення найбільш ефективного робочого середовища. В результаті дослідження вихідна потужність склала 4,4 Вт, при висоті коливання 0,25 метра, а при заміні повітря вуглекислим газом великої густини вихідна потужність генератора склала 7,2 Вт. Проведене математичне моделювання перетворювача показало ефективність роботи перетворювача при заданих характеристиках хвиль та пара-метрах самого перетворювача. При висоті та періоді морської хвилі, які дорівнюють до 2 м та 1,79 с, відповідно, що характерно для вод Чорноморського узбережжя, виробництво електричної енергії може складати до 72 кВт·год/добу.

The use of efficient and environmentally friendly methods of electricity production is one of the main issues of energy. The advantages and disadvantages of power plants operating on the energy of sea waves are known and are constantly being researched. There are many approaches and methods of converting the energy of sea waves into electricity, which have their own advantages and disadvantages, are designed for different designs of converters and use different approaches. In the qualification, a simple scheme of a converter is proposed, which converts the energy of vibrations of a hermetic buoy (converter) into electrical energy. The purpose of the work is to supply electricity to low-power consumers in coastal areas, remote from centralized electricity supply networks. The sea surface oscillation function is represented as a sinusoid with higher harmonics. A study of the converter was carried out, which included replacing the air in the experimental sample with carbon dioxide and changing the height of the oscillations, which made it possible to evaluate the main electrical parameters such as current, voltage and power under different conditions in order to identify the most effective working environment. As a result of the research, the output power was 4,4 W, at an oscillation height of 0,25 meters, and when the air was replaced with carbon dioxide of high density, the output power of the generator was 7,2 W. The conducted mathematical modeling of the converter showed the effectiveness of the converter with the given characteristics of the waves and the parameters of the converter itself. At the height and period of the sea wave, which are equal to 2 m and 1,79 s, respectively, which is typical for the waters of the Black Sea coast, the production of electrical energy can be up to 72 kWh/day.